JP2023000459A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサ素子を効率よく放熱させ、コンデンサ素子の劣化を抑制した電力変換装置を得ること。【解決手段】モジュールバスバーを有した半導体パワーモジュールと、コンデンサ素子、有底筒状に形成され、封止樹脂を介してコンデンサ素子を収容したコンデンサケース、及び一端がコンデンサ素子と電気的に接続され他端がコンデンサケースから外部に延出してモジュールバスバーと電気的に接続されたコンデンサバスバーを有したコンデンサモジュールと、有底筒状に形成され、半導体パワーモジュール及びコンデンサモジュールを収容した電力変換装置ケースとを備え、コンデンサケースの底壁の外側面と電力変換装置ケースの底壁の内側面とは熱的に接続され、コンデンサモジュールは、コンデンサ素子よりもコンデンサケースの開口側に配置され、封止樹脂に熱的に接続された放熱部材を有している。【選択図】図２

Description

本願は、電力変換装置に関するものである。

電気自動車またはハイブリッド自動車のように、駆動源にモータが用いられている電動車両には、複数の電力変換装置が搭載されている。電力変換装置としては、商用の交流電源から直流電源に変換して高圧バッテリに充電する充電器、高圧バッテリの直流電源から補助機器用のバッテリの電圧（例えば１２Ｖ）に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ、バッテリからの直流電力をモータへの交流電力に変換するインバータ等が挙げられる。

電力変換装置には、電力変換を行うスイッチ素子が実装された半導体パワーモジュール、半導体パワーモジュールを冷却する冷却器、及び外部の直流電源から供給される直流電圧を平滑化するコンデンサ素子を有したコンデンサモジュールを備えたものが開示されている（例えば特許文献１参照）。コンデンサ素子にはリップル電流が流れるため、コンデンサ素子は電力を消費して発熱する。また、コンデンサ素子は半導体パワーモジュールとバスバーを介して接続されているため、半導体パワーモジュールが高温になるとバスバーを介して半導体パワーモジュールからコンデンサ素子へ熱が伝わり、伝わった熱によりコンデンサ素子も高温になる。特に高出力密度の電力変換装置では、半導体パワーモジュールとコンデンサ素子とを接続するバスバーへの伝熱、及びバスバーのジュール熱による発熱が大きくなる。バスバーの温度上昇が顕著になると、熱がコンデンサ素子へ伝わりコンデンサ素子の温度が上昇する。コンデンサ素子の温度上昇は、コンデンサ素子の寿命を低下させるため、コンデンサ素子の温度上昇への対策が課題となっている。

特許文献１に開示された構造では、電力変換装置は、コンデンサ素子、コンデンサ素子の両端面に形成された一対の電極である開放側電極及び底壁側電極、これらの電極のそれぞれに接続されたコンデンサバスバー、及びコンデンサ素子を内部に収容するコンデンサケースを有したコンデンサと、コンデンサバスバーに接続された半導体パワーモジュールと、冷却器とを有する。一方の電極である開放側電極は、半導体パワーモジュールの冷却器側端子と接続されており、他方の電極である底壁側電極は、コンデンサ素子の底壁側に配置されているコンデンサケースの底壁に、封止材を介して熱的に接続されている。

特開２０１７－１３９８８６号公報

上記特許文献１においては、底壁側電極の側から、コンデンサ素子に生じた熱をコンデンサケースに封止材を介して放熱することができる。しかしながら、開放側電極の側からの放熱は、放熱経路が長いため熱抵抗の高いコンデンサバスバー及び半導体パワーモジュールの端子を経由することになる。そのため、開放側電極の側からコンデンサ素子を十分に放熱できないという課題があった。また、電力変換装置の高出力密度化に伴う半導体パワーモジュールの発熱量の増加により、コンデンサ素子における半導体パワーモジュールからの受熱が大きくなるため、受熱によりコンデンサ素子が劣化するという課題があった。

そこで、本願は、コンデンサ素子を効率よく放熱させ、コンデンサ素子の劣化を抑制した電力変換装置を得ることを目的としている。

本願に開示される電力変換装置は、モジュール本体部、及びモジュール本体部から突出したモジュールバスバーを有した半導体パワーモジュールと、コンデンサ素子、有底筒状に形成され、封止樹脂を介してコンデンサ素子を収容したコンデンサケース、及び一端がコンデンサ素子と電気的に接続され他端がコンデンサケースから外部に延出してモジュールバスバーと電気的に接続されたコンデンサバスバーを有したコンデンサモジュールと、有底筒状に形成され、半導体パワーモジュール及びコンデンサモジュールを収容した電力変換装置ケースとを備え、コンデンサケースの底壁の外側面と電力変換装置ケースの底壁の内側面とは熱的に接続され、コンデンサモジュールは、コンデンサ素子よりもコンデンサケースの開口側に配置され、封止樹脂に熱的に接続された放熱部材を有し、コンデンサ素子は、放熱部材と電力変換装置ケースの底壁との間に配置されているものである。

本願に開示される電力変換装置によれば、有底筒状に形成され、封止樹脂を介してコンデンサ素子を収容したコンデンサケースの底壁の外側面と電力変換装置ケースの底壁の内側面とが熱的に接続され、コンデンサ素子及びコンデンサケースを備えたコンデンサモジュールが、コンデンサ素子よりもコンデンサケースの開口側に配置され、封止樹脂に熱的に接続された放熱部材を有し、コンデンサ素子が放熱部材と電力変換装置ケースの底壁との間に配置されているため、コンデンサ素子の放熱部材の側と電力変換装置ケースの底壁の側の双方から効率よくコンデンサ素子を放熱させることができる。コンデンサ素子の両側からコンデンサ素子を効率よく放熱させることができるので、コンデンサ素子の内部の温度分布を均一にすることができ、コンデンサ素子の劣化を抑制することができる。

実施の形態１に係る電力変換装置の概略を示す平面図である。 図１のＡ－Ａ断面位置で切断した電力変換装置の断面図である。 図１のＢ－Ｂ断面位置で切断した電力変換装置の断面図である。 実施の形態１に係る別の電力変換装置の概略を示す断面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置のコンデンサ素子の概略を示す斜視図である。 図５のＣ－Ｃ断面位置で切断したコンデンサ素子の断面図である。 実施の形態１に係る別の電力変換装置の概略を示す断面図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の概略を示す断面図である。 実施の形態３に係る電力変換装置の概略を示す断面図である。

以下、本願の実施の形態による電力変換装置を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る電力変換装置１の概略を示す平面図で、コンデンサモジュール４の内部の配線を省略して示した図、図２は図１のＡ－Ａ断面位置で切断した電力変換装置１の断面図、図３は図１のＢ－Ｂ断面位置で切断した電力変換装置１の断面図、図４は実施の形態１に係る別の電力変換装置１の概略を示す断面図で、図１のＡ－Ａ断面位置と同等の位置で切断した図、図５は電力変換装置１のコンデンサ素子４１の概略を示す斜視図、図６は図５のＣ－Ｃ断面位置で切断したコンデンサ素子４１の断面図、図７は実施の形態１に係る別の電力変換装置１の概略を示す断面図で、図１のＡ－Ａ断面位置と同等の位置で切断した図である。電力変換装置１は、入力電流を直流から交流、交流から直流、または入力電圧を異なる電圧に変換する装置である。

電力変換装置１は、図１に示すように、半導体パワーモジュール２、冷却器３、コンデンサモジュール４、及び電力変換装置ケース５を備える。電力変換装置ケース５は、有底筒状に形成され、半導体パワーモジュール２、コンデンサモジュール４、及び冷却器３を収容する。電力変換装置ケース５は、アルミニウムなどの金属から作製される。本実施の形態における電力変換装置１は、コンデンサモジュール４の電源側端子４７から入力され、コンデンサモジュール４で平滑化した直流電力を、半導体パワーモジュール２で電力変換して出力端子２２から出力する装置である。本実施の形態は３相交流を出力する電力変換装置１を示しており、半導体パワーモジュールは各相に対応した３つの半導体パワーモジュール２から構成される。電力変換装置１の外部に設けられ、電源側端子４７に接続される直流電源については図１に示していない。なお、電力変換装置１の構成はこれに限るものではなく、入力電流を交流から直流に変換する装置であっても構わない。また、電力変換装置１は冷却器３を有した構成に限るものではない。図７に示すように、電力変換装置１が冷却器３を有さず、電力変換装置ケース５の底壁５ａの外側に冷却器３を設け、電力変換装置ケース５が冷却器３を収容しない構成でも構わない。電力変換装置ケース５が冷却器３を収容した場合、電力変換装置１を小型化でき、電力変換装置１の生産性を向上させることができる。

＜半導体パワーモジュール２＞
半導体パワーモジュール２は、複数の半導体素子（図示せず）を収容したモジュール本体部２３、モジュールバスバー２１、及び出力端子２２を備える。モジュールバスバー２１及び出力端子２２は、モジュール本体部２３から外側に突出して設けられる。図１に示されたモジュール本体部２３の部分は、例えば半導体素子を取り囲む樹脂などの保護部材、またはケースである。モジュールバスバー２１及び出力端子２２は、例えば電気抵抗率が小さく導電性に優れた銅から作製される。モジュールバスバー２１は、コンデンサモジュール４のコンデンサバスバー４３と電気的に接続される。

＜冷却器３＞
冷却器３は、直方体状に形成される。冷却器３は、図２に示すように、天面である冷却面３ａで半導体パワーモジュール２と熱的に接続され、半導体パワーモジュール２を冷却する。冷却器３は、底面である冷却面３ｂで電力変換装置ケース５と熱的に接続され、電力変換装置ケース５及びコンデンサモジュール４を冷却する。冷却器３は、内側に冷媒が流れる冷媒流路（図示せず）を備える。冷媒には、例えば水またはエチレングリコール液が使用される。冷却面３ａ、３ｂは、冷媒によって冷却される。冷却器３は冷媒流路を備えた構成に限るものではなく、放熱フィンを備えて外部に放熱する構成でも構わない。冷却器３は、例えばアルミニウムからダイカストにて作製される。電力変換装置１が半導体パワーモジュール２と熱的に直接接続された冷却器３を備えた場合、半導体パワーモジュール２を効率よく冷却することができる。

＜コンデンサモジュール４＞
コンデンサモジュール４は、両端に一対の正極または負極のコンデンサ電極４２を有するコンデンサ素子４１、有底筒状に形成され、封止樹脂４４を介してコンデンサ素子４１を収容したコンデンサケース４５、及び一端がコンデンサ素子４１と電気的に接続されたコンデンサバスバー４３を有する。コンデンサバスバー４３は、他端がコンデンサケース４５から外部に延出してモジュールバスバー２１と電気的に接続される。コンデンサバスバー４３とモジュールバスバー２１とは、双方が接した溶接部４８において溶接にて接続される。コンデンサバスバー４３とモジュールバスバー２１との接続は溶接に限るものではなく、ねじ締めであっても構わない。

コンデンサケース４５は、例えばアルミニウムからダイカストにて作製される。コンデンサケース４５の底壁４５ａは、例えば矩形状に形成される。コンデンサケース４５の底壁４５ａの外側面４５ｂと電力変換装置ケース５の底壁５ａの内側面５ｂとは熱的に接続され、コンデンサケース４５は電力変換装置ケース５を介して冷却器３と熱的に接続されている。そのため、コンデンサケース４５の底壁４５ａの側からコンデンサ素子４１を放熱させることができる。封止樹脂４４は、エポキシ樹脂等からなる絶縁性を有した部材である。

本実施の形態では、コンデンサケース４５は３つのコンデンサ素子４１を収容する。図１において、コンデンサ素子４１の外形を破線で示す。３つのコンデンサ素子４１のそれぞれは、３つの半導体パワーモジュール２のそれぞれと接続される。コンデンサ素子４１の個数は３つに限るものではない。１つのコンデンサ素子４１に複数の半導体パワーモジュール２が接続されてもよく、複数のコンデンサ素子４１と１つの半導体パワーモジュール２とが接続されても構わない。

コンデンサモジュール４と半導体パワーモジュール２との間を低い配線インダクタンスで接続するために、コンデンサモジュール４は半導体パワーモジュール２と近接して配置される。コンデンサモジュール４と半導体パワーモジュール２とを近接して、コンデンサモジュール４と半導体パワーモジュール２とを低い配線インダクタンスで接続しているため、コンデンサモジュール４と半導体パワーモジュール２とを接続するバスバーにおける余分な損失の発生を抑制することができる。損失の発生が抑制されるので、バスバーのジュール熱による発熱が抑制され、コンデンサ素子４１を温度上昇から保護することができる。

コンデンサ素子４１は、直流電力を平滑化する。コンデンサバスバー４３として、第１コンデンサバスバー及び第２コンデンサバスバーが設けられる。コンデンサ素子４１は、第１コンデンサバスバーに接続された第１電極、及び第２コンデンサバスバーに接続された第２電極を有する。第１電極及び第２電極の一方は、コンデンサ素子４１の電力変換装置ケース５の底壁５ａの側に配置され、第１電極及び第２電極の他方は、コンデンサ素子４１の放熱板４６の側に配置されている。本実施の形態では、第１電極及び第２電極の一方を底壁側電極４２ｂ、第１電極及び第２電極の他方を開放側電極４２ａとし、底壁側電極４２ｂに第２コンデンサバスバー４３ｂが接続され、開放側電極４２ａに第１コンデンサバスバー４３ａが接続されている。本実施の形態では、コンデンサ電極４２をコンデンサ素子４１の電力変換装置ケース５の底壁５ａの側とコンデンサ素子４１の放熱板４６の側に設けたがこれに限るものではない。コンデンサ電極４２をコンデンサ素子４１の電力変換装置ケース５の底壁５ａの側と放熱板４６の側に挟まれたコンデンサ素子４１の側部に設けても構わない。また、開放側電極４２ａ、底壁側電極４２ｂのどちらが正極であっても構わない。

コンデンサモジュール４は、コンデンサ素子４１よりもコンデンサケース４５の開口側に配置され、封止樹脂４４に熱的に接続された放熱部材である放熱板４６を有する。コンデンサ素子４１は、放熱板４６と電力変換装置ケース５の底壁５ａとの間に配置されている。本実施の形態では放熱部材を板状に設けたが、放熱部材は板状に限るものではなくブロック状であっても構わない。放熱板４６は、コンデンサケース４５の内側に配置された内側部分と、内側部分からコンデンサケース４５の外側に延出した外側延出部分４６ａとを有する。図１において、放熱板４６の内側部分を破線で示す。放熱板４６の一方の面は、図２に示すように、封止樹脂４４を介してコンデンサ素子４１の開放側電極４２ａと対向し、放熱板４６の他方の面は、コンデンサケース４５の開口した側に配置されている。放熱板４６は、熱伝導率が封止樹脂４４よりも高いアルミニウムなどの金属から作製される。放熱板４６は封止樹脂４４を介してコンデンサ素子４１と熱的に接続されているので、放熱板４６の他方の面からコンデンサ素子４１を効率よく放熱させることができる。放熱板４６が外側延出部分４６ａを有した場合、外側延出部分４６ａからコンデンサ素子４１をさらに効率よく放熱させることができる。放熱板４６はコンデンサケース４５に設けられているため、放熱板４６を電力変換装置１に新たに設ける工程が不要なため、電力変換装置１の生産性を向上させることができる。

コンデンサ素子４１が放熱板４６と電力変換装置ケース５の底壁５ａとの間に配置されているため、コンデンサ素子４１の放熱板４６の側と電力変換装置ケース５の底壁５ａの側の双方から効率よくコンデンサ素子４１を放熱させることができる。コンデンサ素子４１の両側からコンデンサ素子４１を効率よく放熱させることができるので、コンデンサ素子４１の内部の温度分布を均一にすることができ、コンデンサ素子４１の劣化を抑制することができる。

また、コンデンサ素子４１の放熱板４６の側と電力変換装置ケース５の底壁５ａの側にコンデンサ電極４２を設けた場合、コンデンサ素子４１と共に、コンデンサ電極４２に接続されたコンデンサバスバー４３で生じた熱、及びコンデンサバスバー４３に接続された半導体パワーモジュール２とモジュールバスバー２１とからコンデンサバスバー４３が受けた熱をコンデンサケース４５の底壁４５ａと放熱板４６の双方の側から効率よく放熱させることができる。

第１電極及び第２電極の他方に接続されたコンデンサバスバー４３と放熱板４６とは平行に配置されている。本実施の形態では、図３に示すように、第１コンデンサバスバー４３ａと放熱板４６とが平行に配置されている。このように構成することで、開放側電極４２ａに接続された第１コンデンサバスバー４３ａに流れる電流に対して、放熱板４６に渦電流が生じるので、第１コンデンサバスバー４３ａにおけるインダクタンスを抑制することができる。なお、第１電極及び第２電極の他方に接続されたコンデンサバスバー４３と放熱板４６との配置は平行に限るものではない。コンデンサ素子４１の側部にコンデンサ電極４２を設けた場合、コンデンサバスバー４３もコンデンサ素子４１の側部に設けられる。

放熱板４６の外側延出部分４６ａは、図２に示すように、電力変換装置ケース５の周壁に熱的に接続されている。外側延出部分４６ａは、例えばねじ（図示せず）により電力変換装置ケース５の周壁に接続される。外側延出部分４６ａと電力変換装置ケース５とを熱的に接続することで、コンデンサ素子４１の熱を効率的に電力変換装置ケース５へ放熱することができる。また、コンデンサモジュール４を電力変換装置ケース５と強固に接続できるため、コンデンサモジュール４の耐振性能を向上させることができる。また、放熱板４６がコンデンサモジュール４の開口側に配置されると共に電力変換装置ケース５の周壁に熱的に接続されることで、コンデンサモジュール４の開口側に配置される他の構成部品、例えば半導体パワーモジュール２の制御用の基板等に対して、コンデンサモジュール４で生じた熱の影響を抑制することができる。また、コンデンサ素子４１がグランドを有し、コンデンサ素子４１のグランドと放熱板４６とを接続した場合、グランドの強化及び電磁的なノイズの除去を効率よく行うことができる。なお、外側延出部分４６ａと電力変換装置ケース５とを熱的に接続する構成に限るものではなく、外側延出部分４６ａに放熱フィンなどの放熱部を設けてコンデンサモジュール４の熱を効率的に外部へ放熱しても構わない。外側延出部分４６ａと電力変換装置ケース５との接続はねじに限るものではなく、嵌め合いによる接続であっても構わない。

＜コンデンサ素子４１＞
コンデンサ素子４１の構造について説明する。コンデンサ素子４１は、図５に示すように、積層構造を有した巻回タイプのフィルムコンデンサである。積層構造を示すために、図５ではコンデンサ電極４２の形成されていないコンデンサ素子４１を示す。コンデンサ素子４１は、図６に示すように、絶縁性を有した部材である誘電体４１ｂを介して積層された金属フィルム４１ａを有する。金属フィルム４１ａの熱伝導率は、誘電体４１ｂよりも高い。そのため、コンデンサ素子４１の熱伝導率は、金属フィルム４１ａの積層された方向（図６の矢印Ａ）よりも、金属フィルム４１ａの積層された方向に垂直な方向（図６の矢印Ｂ）で高くなる。金属フィルム４１ａの積層された方向に垂直な方向の一方側にコンデンサケース４５の底壁４５ａが配置され、金属フィルム４１ａの積層された方向に垂直な方向の他方側に放熱板４６が配置される。金属フィルム４１ａの積層された方向に垂直な方向に熱伝導率が高くなるので、コンデンサケース４５の底壁４５ａ及び放熱板４６が配置された放熱経路の方向にコンデンサ素子４１の熱伝導率の高い方向を合わせることで、より効率的に、コンデンサ素子４１の熱をコンデンサケース４５の底壁４５ａ及び放熱板４６の側に放熱することができる。

本実施の形態では、コンデンサケース４５が電力変換装置ケース５を介して冷却器３と熱的に接続される構成を示したが、コンデンサケース４５と冷却器３とが熱的に接続される構成はこれに限るものではない。例えば図４に示すように、コンデンサケース４５の側面と冷却器３の側面とが直接接して熱的に接続される構成でも構わない。コンデンサケース４５と冷却器３とが直接接することで、さらに効率よくコンデンサ素子４１を放熱させることができる。

以上のように、実施の形態１による電力変換装置１において、有底筒状に形成され、封止樹脂４４を介してコンデンサ素子４１を収容したコンデンサケース４５の底壁４５ａの外側面４５ｂと電力変換装置ケース５の底壁５ａの内側面５ｂとが熱的に接続され、コンデンサ素子４１及びコンデンサケース４５を備えたコンデンサモジュール４が、コンデンサ素子４１よりもコンデンサケース４５の開口側に配置され、封止樹脂４４に熱的に接続された放熱板４６を有し、コンデンサ素子４１が放熱板４６と電力変換装置ケース５の底壁５ａとの間に配置されているため、コンデンサ素子４１の放熱板４６の側と電力変換装置ケース５の底壁５ａの側の双方から効率よくコンデンサ素子４１を放熱させることができる。コンデンサ素子４１の両側からコンデンサ素子４１を効率よく放熱させることができるので、コンデンサ素子４１の内部の温度分布を均一にすることができ、コンデンサ素子４１の劣化を抑制することができる。

コンデンサ素子４１の第１電極及び第２電極の一方がコンデンサ素子４１の電力変換装置ケース５の底壁５ａの側に配置され、コンデンサ素子４１の第１電極及び第２電極の他方がコンデンサ素子４１の放熱板４６の側に配置された場合、コンデンサ素子４１と共に、コンデンサ電極４２に接続されたコンデンサバスバー４３で生じた熱、及びコンデンサバスバー４３に接続された半導体パワーモジュール２とモジュールバスバー２１とからコンデンサバスバー４３が受けた熱をコンデンサケース４５の底壁４５ａと放熱板４６の双方の側から効率よく放熱させることができる。

放熱板４６がコンデンサケース４５の内側に配置された内側部分と、内側部分からコンデンサケース４５の外側に延出した外側延出部分４６ａとを有した場合、外側延出部分４６ａからコンデンサ素子４１の熱をさらに効率よく放熱させることができる。また、放熱板４６の外側延出部分４６ａが電力変換装置ケース５の周壁に熱的に接続されている場合、コンデンサ素子４１の熱をさらに効率的に電力変換装置ケース５へ放熱することができる。

第１電極及び第２電極の他方である開放側電極４２ａに接続された第１コンデンサバスバー４３ａと放熱板４６とが平行に配置されている場合、開放側電極４２ａに接続された第１コンデンサバスバー４３ａに流れる電流に対して、放熱板４６に渦電流が生じるので、第１コンデンサバスバー４３ａにおけるインダクタンスを抑制することができる。

コンデンサ素子４１の金属フィルム４１ａの積層された方向に垂直な方向の一方側にコンデンサケース４５の底壁４５ａが配置され、金属フィルム４１ａの積層された方向に垂直な方向の他方側に放熱板４６が配置されている場合、金属フィルム４１ａの積層された方向に垂直な方向に熱伝導率が高くなるので、コンデンサケース４５の底壁４５ａ及び放熱板４６が配置された放熱経路の方向にコンデンサ素子４１の熱伝導の高い方向を合わせることで、より効率的にコンデンサ素子４１の熱を放熱することができる。

半導体パワーモジュール２と熱的に接続された冷却器３を備え、電力変換装置ケース５が冷却器３を収容し、冷却器３に熱的に接続されている場合、電力変換装置１を小型化でき、半導体パワーモジュール２を効率よく冷却することができる。コンデンサケース４５が冷却器３と熱的に接続されている場合、コンデンサケース４５に収容されたコンデンサ素子４１を冷却器３により効率よく放熱させることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る電力変換装置１について説明する。図８は実施の形態２に係る電力変換装置１の概略を示す断面図で、図１のＡ－Ａ断面位置と同等の位置で切断した電力変換装置１の断面図である。実施の形態２に係る電力変換装置１は、実施の形態１に示した電力変換装置１に加えて放熱材６を備えた構成になっている。

コンデンサケース４５と電力変換装置ケース５とは、放熱材６を介して熱的に接続されている。放熱材６は、例えば放熱用グリスである。放熱材６は放熱用グリスに限るものではなく、放熱シートまたは放熱コンパウンドであっても構わない。また、コンデンサケース４５と電力変換装置ケース５との間に限らず、冷却器３と電力変換装置ケース５との間に放熱材６を設けても構わない。

以上のように、実施の形態２による電力変換装置１において、コンデンサケース４５と電力変換装置ケース５とが放熱材６を介して熱的に接続されているため、コンデンサケース４５に収容されたコンデンサ素子４１をコンデンサケース４５の底壁４５ａの側から電力変換装置ケース５に効率よく放熱させることができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る電力変換装置１について説明する。図９は実施の形態３に係る電力変換装置１の概略を示す断面図で、図１のＡ－Ａ断面位置と同等の位置で切断した電力変換装置１の断面図である。実施の形態３に係る電力変換装置１は、実施の形態１に示した電力変換装置１に加えて絶縁部材４９を備えた構成になっている。

コンデンサ素子４１の第１電極及び第２電極の他方に接続されたコンデンサバスバー４３と放熱板４６との間に、熱伝導率が封止樹脂４４よりも高い絶縁部材４９を有する。コンデンサ素子４１の第１電極及び第２電極の一方に接続されたコンデンサバスバー４３とコンデンサケース４５の底壁４５ａとの間に、熱伝導率が封止樹脂４４よりも高い絶縁部材４９を有する。本実施の形態では、第１電極及び第２電極の一方を底壁側電極４２ｂ、第１電極及び第２電極の他方を開放側電極４２ａとし、底壁側電極４２ｂに第２コンデンサバスバー４３ｂが接続され、開放側電極４２ａに第１コンデンサバスバー４３ａが接続されている。絶縁部材４９は、例えば絶縁シートであるがこれに限るものではない。本実施の形態では、コンデンサ素子４１の両側に絶縁部材４９を設けたが、コンデンサ素子４１の放熱を促進させたい側にのみ絶縁部材４９を設けた構成でも構わない。

以上のように、実施の形態３による電力変換装置１において、第１電極及び第２電極の他方である開放側電極４２ａに接続された第１コンデンサバスバー４３ａと放熱板４６との間に、熱伝導率が封止樹脂４４よりも高い絶縁部材４９を有したため、放熱板４６の他方の面及び放熱板４６の外側延出部分４６ａから、コンデンサ素子４１をさらに効率よく放熱させることができる。また、第１電極及び第２電極の一方である底壁側電極４２ｂに接続された第２コンデンサバスバー４３ｂとコンデンサケース４５の底壁４５ａとの間に、熱伝導率が封止樹脂４４よりも高い絶縁部材４９を有した場合、コンデンサケース４５の底壁４５ａの側からコンデンサ素子４１をさらに効率よく放熱させることができる。

また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 電力変換装置、２ 半導体パワーモジュール、２１ モジュールバスバー、２２ 出力端子、２３ モジュール本体部、３ 冷却器、３ａ、３ｂ 冷却面、４ コンデンサモジュール、４１ コンデンサ素子、４１ａ 金属フィルム、４１ｂ 誘電体、４２ コンデンサ電極、４２ａ 開放側電極、４２ｂ 底壁側電極、４３ コンデンサバスバー、４３ａ 第１コンデンサバスバー、４３ｂ 第２コンデンサバスバー、４４ 封止樹脂、４５ コンデンサケース、４５ａ 底壁、４５ｂ 外側面、４６ 放熱板、４６ａ 外側延出部分、４７ 電源側端子、４８ 溶接部、４９ 絶縁部材、５ 電力変換装置ケース、５ａ 底壁、５ｂ 内側面、６ 放熱材

本願に開示される電力変換装置は、モジュール本体部、及びモジュール本体部から突出したモジュールバスバーを有した半導体パワーモジュールと、複数のコンデンサ素子、有底筒状に形成され、封止樹脂を介して複数のコンデンサ素子を収容したコンデンサケース、及び一端が複数のコンデンサ素子と電気的に接続され他端がコンデンサケースから外部に延出してモジュールバスバーと電気的に接続されたコンデンサバスバーを有したコンデンサモジュールと、有底筒状に形成され、半導体パワーモジュール及び前記コンデンサモジュールを収容した電力変換装置ケースとを備え、コンデンサケースの底壁の外側面と電力変換装置ケースの底壁の内側面とは熱的に接続され、コンデンサモジュールは、複数のコンデンサ素子よりもコンデンサケースの開口側に配置され、封止樹脂に熱的に接続された放熱部材を有し、複数のコンデンサ素子は、放熱部材と電力変換装置ケースの底壁との間に配置され、コンデンサバスバーとして、第１コンデンサバスバー及び第２コンデンサバスバーが設けられ、複数のコンデンサ素子は、第１コンデンサバスバーに接続された第１電極、及び第２コンデンサバスバーに接続された第２電極を有し、第１電極及び第２電極の一方は、複数のコンデンサ素子の電力変換装置ケースの底壁の側に配置され、第１電極及び第２電極の他方は、複数のコンデンサ素子の放熱部材の側に配置され、複数のコンデンサ素子は、第１方向に並べられ、コンデンサモジュールに対して、第１方向に直交する第２方向の一方側に半導体パワーモジュールが配置され、放熱部材は、コンデンサケースの内側に配置され、複数のコンデンサ素子及び放熱部材の側のコンデンサバスバーのコンデンサケースの開口側を覆う１枚の板状に形成された内側部分と、内側部分の第２方向の他方側の端部における第１方向の中央部から第２方向の他方側のコンデンサケースの周壁における第１方向の中央部を貫通してコンデンサケースの外側に延出した外側延出部分とを有し、外側延出部分の第２方向の他方側の端部が、電力変換装置ケースの第２方向の他方側の周壁に熱的に接続されているものである。

Claims (11)

1. 半導体素子を収容したモジュール本体部、及び前記モジュール本体部から突出したモジュールバスバーを有した半導体パワーモジュールと、
   コンデンサ素子、有底筒状に形成され、封止樹脂を介して前記コンデンサ素子を収容したコンデンサケース、及び一端が前記コンデンサ素子と電気的に接続され他端が前記コンデンサケースから外部に延出して前記モジュールバスバーと電気的に接続されたコンデンサバスバーを有したコンデンサモジュールと、
   有底筒状に形成され、前記半導体パワーモジュール及び前記コンデンサモジュールを収容した電力変換装置ケースと、を備え、
   前記コンデンサケースの底壁の外側面と前記電力変換装置ケースの底壁の内側面とは熱的に接続され、
   前記コンデンサモジュールは、前記コンデンサ素子よりも前記コンデンサケースの開口側に配置され、前記封止樹脂に熱的に接続された放熱部材を有し、前記コンデンサ素子は、前記放熱部材と前記電力変換装置ケースの底壁との間に配置されている電力変換装置。
2. 前記コンデンサバスバーとして、第１コンデンサバスバー及び第２コンデンサバスバーが設けられ、
   前記コンデンサ素子は、前記第１コンデンサバスバーに接続された第１電極、及び前記第２コンデンサバスバーに接続された第２電極を有し、
   前記第１電極及び前記第２電極の一方は、前記コンデンサ素子の前記電力変換装置ケースの底壁の側に配置され、
   前記第１電極及び前記第２電極の他方は、前記コンデンサ素子の前記放熱部材の側に配置されている請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記放熱部材は、前記コンデンサケースの内側に配置された内側部分と、前記内側部分から前記コンデンサケースの外側に延出した外側延出部分と、を有している請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記外側延出部分は、前記電力変換装置ケースの周壁に熱的に接続されている請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記第１電極及び前記第２電極の他方に接続された前記コンデンサバスバーと前記放熱部材とは平行に配置されている請求項２から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記第１電極及び前記第２電極の他方に接続された前記コンデンサバスバーと前記放熱部材との間に、熱伝導率が前記封止樹脂よりも高い絶縁部材を有した請求項２から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記第１電極及び前記第２電極の一方に接続された前記コンデンサバスバーと前記コンデンサケースの底壁との間に、熱伝導率が前記封止樹脂よりも高い絶縁部材を有した請求項２から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記コンデンサ素子は、誘電体を介して積層された金属フィルムを有し、
   前記金属フィルムの積層された方向に垂直な方向の一方側に前記コンデンサケースの底壁が配置され、
   前記金属フィルムの積層された方向に垂直な方向の他方側に前記放熱部材が配置されている請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記半導体パワーモジュールと熱的に接続された冷却器を備え、
   前記電力変換装置ケースは、前記冷却器を収容し、前記冷却器に熱的に接続されている請求項１から８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記コンデンサケースは、前記冷却器と熱的に接続されている請求項９に記載の電力変換装置。
11. 前記コンデンサケースと前記電力変換装置ケースとは、放熱材を介して熱的に接続されている請求項１から１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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